频率变化的压缩态光场与原子的相互作用
张婉娟;王治国;谢双媛;羊亚平
【摘 要】研究了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用,主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性.当光场频率随时间作正弦调制时,不仅光场频率调制,而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转的崩塌-回复过程有影响.当光场频率随时间作脉冲调制时,脉冲调制的突变使各拉比振荡之间的相干性发生改变,并在原子布居数反转随时间演化过程中诱导出新的崩塌-回复过程,尤其在脉冲出现的区间内,原子布居数反转表现出持续的小幅快速振荡,这与压缩态的压缩系数无关. 【期刊名称】《物理学报》 【年(卷),期】2007(056)004 【总页数】7页(P2168-2174)
【关键词】Jaynes-Cummings模型;压缩态;原子布居数反转 【作 者】张婉娟;王治国;谢双媛;羊亚平
【作者单位】同济大学物理系,上海,200092;同济大学物理系,上海,200092;同济大学物理系,上海,200092;同济大学物理系,上海,200092 【正文语种】中 文 【中图分类】其他
第 56 卷 第 4 期 2007 年 4 月1000-3290/2007/56(04)/2168-07物 理 学 报ACTA PHYSICA SINICA V01.56,No.4,April,2007~2007Chin.Phys.Soc.频 率 变
化 的压 缩 态 光 场 与 原 子 的相 互 作 用*张 婉 娟王治 国谢 双媛羊 亚平 (同济大学物理系 ，上海 200092) (2006 年 6 月 15 日收到 ； 2006 年 7 月 26 日收到修改稿)研究 了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用 ，主要讨论了光场频率随时间作正 弦调制和脉 冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性 ， 当光场频率随时间作正 弦调制时 ，不仅光场频率调制 ， 而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转 的崩塌．回复过程有影响 ， 当光场频率随时间作脉 冲调制 时 ，脉冲调制的突变使各拉 比振荡之间的相干性发生改变 ，并在原子布居数反转随时 间演化过程 中诱导 出新 的崩 塌，回复过程 ，尤其在脉冲出现 的 区 间 内，原子布居 数反转表现 出持续 的小 幅快速振荡 ，这与压缩 态 的压缩 系数 无关 ．关键词 ： Jaynes- Cummings 模型 ， 压缩态 ， 原子布居数反转 PACC ： 4250,3280
1 ． 引 言 Jaynes-Cummings(J-C) 模 型 描 述 一 个 二 能 级 原子与单模光场的相互作用[1] ． 理论上 ，此模型 的数学形式 比较简单 ，可 以严格求解 ，具有一定的代表性和典型性 [2] ． 另一 方 面 ， 利用 高 Q 因子腔体 和 里 德 伯原子在实验上可 以实现这一理想模型[3]． 因此 ，在研 究光与物 质 的相 互 作用 时 ，J-C 模 型 受 到 了 广 泛关注 ， 并 揭 示 许 多 有 趣 的 量 子 现 象[4-8] ， 如 拉 比 振 荡H]、原子 布 居 数 反 转 的 崩塌一 回 复b] 、 光 子 反 聚 束效应哺1 、 光场 的压缩效应n3 、 虚光 场效应 ¨1等等 ． 近年来 ，随着人们对 J-C 模型研究 的不 断深入 ， 出现 了许多关于 J-C 模型 的扩展研究‘ 9 ， 101 ， 比如 由二能级原子推广到多能级原子 ，从单原子推广到多原子 ，从单 模光场推广 到多模光场 ，如外加驱动场控制 下 的J．C 模型[II]、运动原子与光场相互作用 的J-C 模型 12]、 J-C 模型 中 由 原 子．光 场 相 互 作 用 产 生 的 纠 缠 态 性质 [13] 、 与一个 V 型三能级原子相互作用 的光场 的熵压缩性质¨引 等 ， 除此之外 ，还有部分对 J-C 模型应用方面 的研究工作‘ 151由于压缩态光场可 以具有 比相干态
更小 的量子 起伏 ，它在光通信和 弱信号探测 等方 面具有 潜在 而 重要 的应用前景 ， 因此对压缩态光场 的理论研究 已经引起人们 的广泛兴趣nE171 ， 目前实验上 已 经实现了压缩态光场‘ 18] ． 光场 的初始状态对光与原子相互作用 系统具有重要影 响 ． 此外 ，实际 的单模光场是很 难实现 的 ，通常的激光器产生 的光场都是在某个频 率范 围内，即光场 的频率将 围绕某个 固定频 率在频 率范 围内进行调制 ， 以往 的研究一般认 为光场具有 确定 的频率且不 随时 间变化 ， 已 有一些 涉及光场频 率随 时 间 变 化 的 光 场 与 原 子 相 互 作 用 的 研 究 表 明n 州 ， 光场的频率调制的确会影 响光场与原子 的相互作用 以及原子 的动力学性质 ， 因此 ，本文将研究在 光场初始 为 压缩 态 的 条件 下 ，光场频 率 调 制 对 J-C 模型 随时间演化规律 的影 响 ， 主要讨论两种典型 情 况：光场频率随时间 以正 弦形式和脉冲形式调制 ． 2．模 型和运 动方 程在旋波近似下 ，一个二 能级原子 与单模光场相互作用 系统的哈密顿量可表示为日 = 丢 矗 蛳： + 矗 v(f) 口 + 口十 hg （ o+ 盯一 十 口+o ） ，(1)式 中 n+(n) 是光场 的产生 （ 湮没 ） 算符 ，原子 的赝 自 旋算符 a ． 和 a 满足 [吼 ，盯 ． ]= ± 口 ． 和 [盯 + ，盯 一 ]= 吼， ∞ 是原子 的共 振跃迁 频 率 ， v 为光场频率 ， g 是 *国家自然科学基金（ 批准号 ：60507008 ，10674103 ） 和上海市科学技术委员会科研计划（ 批准号 ：04QMH1407 ） 资助的课题第56卷4期2007年月 1000-3290/2007/56(04)/2168-07物理学报 ACTA V01.56,No.4,April,2007 ~2007Chin.Phys.Soc.研究 了频率随时间变化的压缩态光场与二能级原子的相互作用 ，主要讨论了光场频率随时间作正 弦调制和脉冲调制两种典型情况下原子布居数反转随时间的演化特性 ， 当光场频率随时间作正 弦调制时 ，不仅光场频率调制 ，而且压缩态的压缩系数和压缩相位均对原子布居数反转 的崩塌．回复过程有影响 ， 当光场频率随时间作脉 冲调制时 ，脉冲调制的突变使各拉 比振荡之间的相干性发生改变 ，并在原子布居数反转随时 间演化过程 中诱导 出新 的崩塌，
频率变化的压缩态光场与原子的相互作用
